專利名稱：半導(dǎo)體裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有金屬布線(interconnection)的半導(dǎo)體裝置及制造方法，特別是涉及金屬阻擋膜及該金屬阻擋膜的形成方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著半導(dǎo)體集成電路裝置(以下稱半導(dǎo)體裝置)加工尺寸的細(xì)微化，在半導(dǎo)體裝置的多層布線，采用了銅布線和介電常數(shù)低的絕緣膜、即和所謂Low-k膜的組合。通過上述，使得RC延遲及功耗的降低成為可能。進(jìn)一步地，為了達(dá)到半導(dǎo)體裝置的高集成化、高功能化及高速化，采用更低介電常數(shù)的Low-k膜的方法也受到檢討中。
但是，銅布線通常是以鑲嵌法來形成。鑲嵌法包括交互形成布線及通孔插塞(via plug)的單鑲嵌法以及同時(shí)形成布線及通孔插塞的雙鑲嵌法。
以下，參照?qǐng)D8(a)及圖8(b)說明以鑲嵌法形成多層布線的方法。
如圖8(a)所示，在硅襯底101上形成第1絕緣膜102后，在所述第1絕緣膜102中形成具有第1金屬阻擋膜103的第1銅布線104。此外，在硅襯底101上形成晶體管等，這在附圖中受到省略。接著，在第1絕緣膜102及第1銅布線104上，依序形成防止銅擴(kuò)散的防擴(kuò)散膜105及第2絕緣膜106。接著，在防擴(kuò)散膜105及第2絕緣膜106形成通孔(via hole)106a，同時(shí)通過在第2絕緣膜106形成布線溝106b，形成由通孔106a及布線溝106b所構(gòu)成的凹部106c。接著，沿著凹部106c的壁面，形成第2金屬阻擋膜107。并且，在圖8(a)中，顯示出以第2金屬阻擋膜107的單層結(jié)構(gòu)構(gòu)成上層阻擋金屬膜的情況，但是，如圖8(b)所示，也可以是沿著凹部106c的壁面，以第2金屬阻擋膜108及第3金屬阻擋膜109的雙層結(jié)構(gòu)加以構(gòu)成。
其次，雖然在附圖中加以省略，但是，圖8(a)的情況，是在第2金屬阻擋膜107(圖8(b)的情況則是在第3金屬阻擋膜109)上形成銅種子層之后，通過以所述銅種子層作為基礎(chǔ)的銅電鍍來填埋凹部106c同時(shí)形成銅膜使其覆蓋第2絕緣膜106整體表面。接著，以化學(xué)機(jī)械研磨法(CMPchemical mechanical polishing)，將形成于第2絕緣膜106上、除了凹部106c內(nèi)側(cè)部分以外的銅膜加以研磨除去，圖8(a)的情況是將形成于第2絕緣膜106上、除了凹部106c內(nèi)側(cè)部分以外的第2金屬阻擋膜107(圖8(b)的情況是將形成于第2絕緣膜106上除了凹部106c內(nèi)側(cè)以外的第3金屬阻擋膜109及第2金屬阻擋膜108)加以研磨除去。通過上述，能夠形成布線、通孔插塞、或是兩者之一。通過重復(fù)以上一連串的動(dòng)作能夠形成多層布線。
一般由于銅容易通過熱或電場(chǎng)擴(kuò)散到氧化硅膜等絕緣膜中，因此容易產(chǎn)生晶體管特性惡化。并且，銅與絕緣膜的密接性低。因此，被提出的方法是形成銅布線時(shí)，在銅和絕緣膜之間，通過形成由鉭膜或氮化鉭膜構(gòu)成的金屬阻擋膜，能夠防止銅擴(kuò)散到絕緣膜同時(shí)提高絕緣膜及銅的密接性。例如，金屬阻擋膜的結(jié)構(gòu)是鉭膜或氮化鉭膜所構(gòu)成的單層構(gòu)造的情況，如圖8(a)所示結(jié)構(gòu)，另一方面金屬阻擋膜結(jié)構(gòu)是由鉭膜及氮化鉭膜所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的情況，則如圖8(b)所示的結(jié)構(gòu)。
但是，使用鉭膜作為第2金屬阻擋膜107(圖8(a)的情況)或第3金屬阻擋膜109(圖8(b)的情況)時(shí)，以電解電鍍形成銅時(shí)，由于鉭膜遭到氧化，而形成了高電阻的氧化鉭膜。因此，產(chǎn)生了一個(gè)問題，即不能避免布線的電阻上升。并且，在使用氮化鉭膜作為第2金屬阻擋膜107(圖8(a)的情況)或第3金屬阻擋膜109(圖8(b)的情況)時(shí)，氮化鉭膜雖然不會(huì)被氧化，但是，氮化鉭膜具有高電阻，并且與銅的密接性低。進(jìn)一步地，在使用氮化鈦膜或鈦膜作為第2金屬阻擋膜107(圖8(a))或是第3金屬阻擋膜109(圖8(b))時(shí)，也分別與使用鉭膜或氮化鉭膜的情況存在相同的問題。
鑒于上述問題，特別是在實(shí)現(xiàn)第2金屬阻擋膜107低電阻化的目的下，使用金屬及其金屬氧化物本身是低電阻、如釕或銥等來作為第2金屬阻擋膜107加以使用，這樣的方法受到注目(參照專利文獻(xiàn)1及2)。并且，這些金屬，一般以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法加以形成。
專利文獻(xiàn)1專利第3409831號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-75994號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容解決課題如上所述，將如釕或銥等被氧化也不會(huì)失去導(dǎo)電性的金屬用來作為金屬阻擋膜時(shí)，雖然能夠形成低電阻的金屬阻擋膜，但是這些不會(huì)失去導(dǎo)電性的金屬與絕緣膜的密接性非常低。為了改善這個(gè)問題，也能夠考慮通過在使用這些不失去導(dǎo)電性的金屬所構(gòu)成的金屬阻擋膜和絕緣膜之間形成由金屬氮化膜等或是其疊層膜，來提高金屬阻擋膜和絕緣膜的密接性，但是，這將會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)問題是這些被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜和金屬氮化膜等或其疊層膜等的密接性不佳。
有鑒于前，本發(fā)明的目的在于提供低電阻且在絕緣膜及布線之間具有高密接性的金屬阻擋膜的半導(dǎo)體裝置、以及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
解決方法為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體裝置包括在襯底上形成的絕緣膜、在絕緣膜中形成的埋入布線、以及在絕緣膜與埋入布線之間形成的金屬阻擋膜；金屬阻擋膜由金屬化合物膜和被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜的疊層膜所構(gòu)成，在金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近，存在有金屬化合物膜和金屬膜融合構(gòu)成的融合層。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，由于包括金屬化合物膜和金屬膜兩膜的大體中間組成的融合層在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心被形成，與只是疊層金屬化合物膜和金屬膜的情況相比，金屬化合物膜(金屬氧化膜)和金屬膜的密接性非常良好。因此能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。并且，也能夠提高絕緣膜的密接性及實(shí)現(xiàn)良好布線用的電鍍。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成金屬膜的金屬，是不同種類的元素。
這樣一來，由于在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心形成融合層，該融合層是具有兩膜組成的大體中間組成的合金層，與只是疊合金屬化合物膜和金屬膜層的情況相比，金屬化合物膜和金屬膜的密接性非常良好。因此能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中構(gòu)成金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成金屬膜的金屬，是同一種類的元素。
這樣一來，在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心形成融合層，該融合層是兩膜組成的大體中間組成的混合層，與只是疊合金屬化合物膜和金屬膜的情況相比，金屬化合物膜和金屬膜的密接性非常良好。同時(shí)，由于金屬化合物膜和金屬膜以混合層為中介而一體化，因此與構(gòu)成兩膜的金屬是不同種類元素的情況相比，金屬化合物膜與金屬膜的密接性非常良好。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，融合層至少由多層原子層構(gòu)成。
這樣一來，由于能夠在金屬化合物膜和金屬膜的整體接觸面形成融合層，因此能夠大為提高金屬化合物膜和金屬膜密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜和絕緣膜連接而形成，金屬膜形成在金屬化合物膜上。
這樣一來，金屬膜電阻低于金屬化合物膜，在進(jìn)行布線用的電鍍時(shí)金屬膜成為電極及基礎(chǔ)層，因此與在金屬化合物膜表面進(jìn)行布線用的電鍍的情況相比，能夠進(jìn)行均一的布線電鍍。并且，由于金屬膜是由被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬所構(gòu)成，在布線電鍍時(shí)即使金屬膜表面被氧化也不會(huì)降低導(dǎo)電性，因此能夠進(jìn)行高性能的布線電鍍。并且，由于金屬化合物膜和絕緣膜連接，與金屬膜和絕緣膜連接的情況相比，能夠獲得非常好的密接性。并且，在絕緣膜、金屬化合物膜、融合層、金屬膜、布線依序形成的結(jié)構(gòu)中，在各膜之間的界面中能夠獲得良好的密接性，因此大為提高整體的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點(diǎn)金屬。
這樣一來，即使形成埋入布線后進(jìn)一步在形成上層布線的工序中進(jìn)行大約400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，實(shí)現(xiàn)可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜具有導(dǎo)電性。
這樣一來，不但能夠提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻的金屬阻擋膜。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜由金屬氧化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是絕緣膜的最表面是由氧化硅膜構(gòu)成的情況下，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜和絕緣膜的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜由金屬氮化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是絕緣膜的最表面是由氮化硅膜構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜和絕緣膜的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜由金屬碳化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是絕緣膜的最表面由碳化硅膜或有機(jī)膜構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜和絕緣膜的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬化合物膜由金屬硅化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是在絕緣膜的最表面由含硅的絕緣膜構(gòu)成時(shí)，能夠更進(jìn)一步提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，埋入布線由銅或銅合金構(gòu)成。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的特征在于具備以下工序在襯底上的絕緣膜形成凹部的工序，沿著凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，以及在金屬阻擋膜上形成埋入布線填埋凹部的工序；形成金屬阻擋膜的工序包括沿著凹部壁面形成金屬化合物膜后，以物理氣相沉積法在金屬化合物膜上形成被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜的工序。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，通過在形成金屬化合物膜后以物理氣相沉積法形成金屬膜，在形成金屬膜時(shí)，由于將電性中性的金屬粒子及金屬粒子離子高速(高能源的狀態(tài))射入金屬化合物膜表面，在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心形成具有兩膜組成的大體中間組成的融合層，與只是疊合金屬化合物膜和金屬膜的情況相比，能夠大為提高金屬化合物膜與金屬膜的密接性。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，將金屬化合物膜和絕緣膜連接形成同時(shí)在金屬化合物膜上形成金屬膜。通過上述，由于以電阻低于金屬化合物膜的金屬膜成為進(jìn)行布線用電鍍時(shí)的電極及基礎(chǔ)層，因此與在金屬化合物膜表面進(jìn)行布線用電鍍相比下，能夠形成均一的布線電鍍。并且，由于金屬膜是由被氧化也不失去導(dǎo)電性金屬所構(gòu)成，因此布線電鍍時(shí)即使金屬膜表面遭到氧化其導(dǎo)電性也不會(huì)下降，因此能夠進(jìn)行高性能的布線電鍍。并且，由于金屬化合物膜與絕緣膜連接，如果與金屬膜和絕緣膜連接情況相比，能夠獲得非常好的密接性。并且，在絕緣膜、金屬化合物膜、融合層、金屬膜、布線依序形成的結(jié)構(gòu)中，能夠在各膜之間的界面中獲得良好的密接性，大為提高整體密接性。因此能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，在形成金屬阻擋膜的工序和形成埋入布線的工序之間，進(jìn)一步具備在金屬阻擋膜上形成種子層的工序；形成埋入布線的工序是在種子層上形成埋入布線來填埋凹部。
這樣一來，由于擴(kuò)大布線用的電鍍制程窗口(process window)，與不形成種子層的情況相比，能夠簡(jiǎn)單的將形成埋入布線的工序加以最適化。因此，能夠提高制造良品率，同時(shí)制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成金屬膜的金屬，是不同種類的元素。
這樣一來，在以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近為中心形成具有兩膜組成的大體中間組成的合金層、即融合層，與只是疊合金屬化合物膜和金屬膜的情況相比，能夠明顯提高金屬化合物膜與金屬膜的密接性。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成金屬膜的金屬，是相同種類的元素。
這樣一來，在以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近為中心形成具有兩膜組成的大體中間組成的混合層、即融合層，和只是疊合金屬化合物膜與金屬膜的情況相比，明顯提高金屬化合物膜與金屬膜的密接性。并且，金屬化合物膜和金屬膜以混合層為中介而一體化，比起構(gòu)成兩膜的金屬是不同種類的情況，能夠更加提高金屬化合物膜和金屬膜的密接性。因此能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近形成由金屬化合物膜與金屬膜融合的融合層，所述融合層最好是至少由多層原子層構(gòu)成。
這樣一來，能夠在金屬化合物膜和金屬膜連接面的整體形成融合層，因此，能夠明顯提高金屬化合物膜和金屬膜的密接性。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點(diǎn)金屬。
這樣一來，即使在形成埋入布線后進(jìn)一步在形成上層布線的工序中進(jìn)行大約400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，而能夠制造可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，金屬化合物膜具導(dǎo)電性。
這樣一來，不但能夠增加金屬化合物膜和絕緣膜的密接性，也能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻的金屬阻擋膜。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，金屬化合物膜由金屬氧化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是在絕緣膜的最表面由氧化硅膜構(gòu)成的情況下，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，金屬化合物膜由金屬氮化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是在絕緣膜的最表面由氮化硅膜構(gòu)成的情況下，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物和絕緣膜的密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，金屬化合物膜由金屬碳化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是在絕緣膜的最表面由碳化硅膜構(gòu)成的情況或是由有機(jī)膜構(gòu)成的情況下，能夠更進(jìn)一步提高金屬化合物膜和絕緣膜的密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
最好是，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，金屬化合物膜由金屬硅化膜構(gòu)成。
這樣一來，特別是在絕緣膜的最表面由含硅的絕緣膜構(gòu)成的情況下，能夠更進(jìn)一步提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，埋入布線最好是由銅或銅合金構(gòu)成。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，由于在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心形成具有金屬化合物膜和金屬膜兩膜的大體中間組成的融合層，與只是疊合金屬化合物膜與金屬膜的情況相比，金屬化合物膜(金屬氧化膜)和金屬膜的密接性非常優(yōu)良。因此能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。并且，也能夠提高絕緣膜的密接性及實(shí)現(xiàn)良好布線用的電鍍。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，通過在形成金屬化合物膜后以物理氣相沉積法形成金屬膜，在形成金屬膜時(shí)，由于將電性中性的金屬粒子及金屬粒子離子高速(高能源的狀態(tài))射入金屬化合物膜表面，在以金屬化合物膜和金屬膜的接合面附近為中心形成具有兩膜組成的大體中間組成的融合層，與只是疊合金屬化合物膜和金屬膜的情況相比，能夠大為提高金屬化合物膜和金屬膜的密接性。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法，將金屬化合物膜與絕緣膜連接形成同時(shí)在金屬化合物膜上形成金屬膜。通過上述，由于以電阻低于金屬化合物膜的金屬膜成為進(jìn)行布線用電鍍時(shí)的電極及基礎(chǔ)層，因此與在金屬化合物膜表面進(jìn)行布線用電鍍相比下，能夠形成均一布線的電鍍。并且，由于金屬膜是由被氧化也不失去導(dǎo)電性金屬構(gòu)成，因此布線電鍍時(shí)即使金屬膜表面遭到氧化其導(dǎo)電性也不會(huì)下降，因此能夠進(jìn)行高性能的布線電鍍。并且，由于金屬化合物膜與絕緣膜連接，如果與金屬膜和絕緣膜連接的情況相比，能夠獲得非常好的密接性。并且，在絕緣膜、金屬化合物膜、融合層、金屬膜、布線依序形成的結(jié)構(gòu)中，能夠在各膜之間的界面中獲得良好的密接性，大為提高整體密接性。因此能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。


圖1(a)及圖1(b)是本發(fā)明第1實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
圖2(a)及圖2(b)是本發(fā)明第1實(shí)施例涉及的第2金屬阻擋膜的膜組成狀態(tài)圖。
圖3(a)及圖3(b)是本發(fā)明第2實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
圖4(a)及圖4(b)是本發(fā)明第2實(shí)施例涉及的第2金屬阻擋膜的膜組成狀態(tài)圖。
圖5(a)及(b)是本發(fā)明第3實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖6(a)及圖6(b)是本發(fā)明第3實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖7是本發(fā)明第3實(shí)施例的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖8(a)及圖8(b)是現(xiàn)有技術(shù)涉及的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
符號(hào)說明
1-硅襯底；2-第1絕緣膜；3-第1金屬阻擋膜；4-第1銅布線；5-防擴(kuò)散膜；6-第2絕緣膜；6a-通孔；6b-布線溝；6c-凹部；7，11，14-金屬化合物膜；8，12，15-融合層；9，13，16-(被氧化也不失去導(dǎo)電性的)金屬膜；10-第2銅布線；17-銅種子層；A1，A2，A3-第2金屬阻擋膜；101-硅襯底；102-第1絕緣膜；103-第1金屬阻擋膜；104-第1銅布線；105-防擴(kuò)散膜；106-第2絕緣膜；106a-通孔；106b-布線溝；106c-凹部；107，108-第2金屬阻擋膜；109-第3金屬阻擋膜具體實(shí)施方式
(第1實(shí)施例)以下，參照?qǐng)D1(a)和圖1(b)以及圖2(a)和圖2(b)說明本發(fā)明第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置。
圖1(a)及圖1(b)是顯示第1實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
首先，如圖1(a)所示，在硅襯底1上形成第1絕緣膜2，在所述第1絕緣膜2形成具有第1金屬阻擋膜3的第1銅布線4。并且，在硅襯底1上形成晶體管等，這在附圖中受到省略。在第1絕緣膜2及第1銅布線4上，依序形成防止銅擴(kuò)散的防擴(kuò)散膜5及第2絕緣膜6。在防擴(kuò)散膜5及第2絕緣膜6形成通孔6a，同時(shí)在第2絕緣膜6形成布線溝6b。這樣地形成由通孔6a及布線溝6b構(gòu)成的凹部6c。
同時(shí)，如圖1(a)所示，在凹部6c的壁面，形成第2金屬阻擋膜A1。這里，第2金屬阻擋膜A1，沿著凹部6c，由在第2絕緣膜6上形成的金屬化合物膜7、在所述金屬化合物膜7上形成的融合層8、以及在所述融合層8上形成的被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜9所構(gòu)成。這里，構(gòu)成金屬膜9的金屬不同于構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬。這樣地，在本實(shí)施例和后述的第2實(shí)施例不同，構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬與構(gòu)成金屬膜9的金屬是不同種類的金屬，以下將說明前述情況。并且，融合層8形成于金屬化合物膜7和金屬膜9的接合面附近，是具有金屬化合物膜7及金屬膜9兩膜組成的大體中間組成的融合層。并且，金屬膜9的至少一部分也可以被氧化。
進(jìn)一步地使如圖1(a)所示、以銅電鍍?cè)诮饘倌?上形成銅膜使凹部6c填埋后，以CMP法除去銅膜及金屬阻擋膜A1在第2絕緣膜6上形成的、除了凹部6c內(nèi)部以外的部分，并且，形成第2銅布線10及其一部分的通孔插塞，而形成具有圖1(b)所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。并且，第2銅布線可以是布線、通孔插塞、或兩者的其中之一。這里，第2銅布線10，也可以是由純銅或含銅以外的成分(如微量的Si、Al、Mo或Sc等)的銅合金所構(gòu)成。并且，通過重復(fù)從防擴(kuò)散膜5成膜到CMP的工序來形成多層布線。
這里，可以使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜、碳化氧化硅膜、碳化硅膜、或組合這些膜所構(gòu)成的疊層膜作為防擴(kuò)散膜5。防擴(kuò)散膜5具有防止第1銅布線4的銅擴(kuò)散到第2絕緣膜6中的作用。
并且，也可以使用氧化硅膜、摻雜氟的氧化硅膜、碳化氧化硅膜，或由有機(jī)膜構(gòu)成的絕緣膜來作為第2絕緣膜6。這些膜可以是以化學(xué)氣相沉積法形成的膜，也可以是以旋轉(zhuǎn)涂布法所形成的SOD(spin ondielectric)膜。
并且，由通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的凹部6c，也可以采用周知的光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)與清洗技術(shù)，例如日本已公開的特開2002-75994號(hào)公報(bào)等所公開的雙金屬鑲嵌法形成即可。
并且，也可以使用高熔點(diǎn)金屬作為構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬。通過上述，形成第2銅布線10后，雖然在進(jìn)一步形成上層布線的工序中進(jìn)行大約400℃前后的加熱，但是，不會(huì)由于這個(gè)加熱處理造成金屬化合物膜7變質(zhì)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
同時(shí)，金屬化合物膜7在膜厚度薄時(shí)不一定非得具導(dǎo)電性，但最好是具導(dǎo)電性。以下，具體說明具導(dǎo)電性的金屬化合物膜7。
首先，使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、白金(Pt)、釩(V)、或鈀(Pd)等即使被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬的氧化膜作為金屬化合物膜7即可。并且，只要是被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述以外的金屬的金屬氧化膜金屬來作為化合物膜7。
并且，也可以使用銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)，鉿(Hf)或鎢(W)等即使被氮化也不失去導(dǎo)電性的金屬氮化膜來作為金屬化合物膜7。并且，只要是被氮化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述以外的金屬的氮化膜來作為金屬化合物膜7。
并且，也可以使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釩(V)、銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鎢(W)或鈀(Pd)等金屬的碳化膜，作為金屬化合物膜7。并且，只要是被碳化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述金屬以外的金屬碳化膜來作為金屬化合物7。
并且，可以使用高熔點(diǎn)金屬的硅化膜作為金屬化合物膜7。
并且，金屬化合物膜7，以原子層沉積法(ALDatomic layerdeposition)、化學(xué)氣相沉積法(CVDcemical vapor deposition)、或物理氣相沉積法(PVDphysical vapor deposition)等的成膜方法形成即可。
其次，使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釩(V)或鈀(Pd)等被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬作為金屬膜9。并且，只要是被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述金屬以外的金屬氧化膜來作為金屬膜9。
并且，金屬膜9最好是以物理氣相沉積法(PVDphysical vapordeposition)來形成。
這是由于如同現(xiàn)有的例子所示，以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成金屬膜9，雖然能夠在金屬化合物膜7上形成金屬膜9，但是，無法在金屬化合物膜7與金屬膜9之間形成融合層8。換句話說，原子層沉積法及化學(xué)氣相沉積法，是在各自原子分子的水平通過熱化學(xué)反應(yīng)使膜成長(zhǎng)。相對(duì)的，使用濺鍍法等代表的物理氣相沉積法，通過在金屬化合物膜7上形成金屬膜9，將電性中性的金屬粒子及金屬粒子離子以高速(高能源的狀態(tài))射入金屬化合物膜7的表面，因此在金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附近中心形成融合層8。通過上述，和通過熱化學(xué)反應(yīng)只疊合金屬化合物膜7與金屬膜9的情況相比，金屬化合物膜7與金屬膜9的密接性明顯提高。而能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，這里雖然省略附圖，在雙金屬鑲嵌布線溝(通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的凹部6c)中的第2絕緣膜6的表面和金屬化合物膜7之間，也可以形成氧化硅膜(如SiO2、SiOC、SiCO、或SiON等)、氮化硅膜(如Si3N4、SiON、SiCN等)、碳化硅膜(如SiC、SiCO、SiOC、SiCN等)等絕緣膜。
如上所示，在第1實(shí)施例中，金屬化合物膜7的金屬和金屬膜9的金屬種類不同，因此在以金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附近為中心形成的融合層，成為以2種金屬為主成分的合金層。
圖2(a)及圖2(b)中，顯示金屬氧化膜的金屬使用銥(Ir)來作為金屬化合物膜7的一例，同時(shí)，顯示作為金屬膜9金屬的一例，使用釕(Ru)的金屬阻擋膜的膜組成狀態(tài)。
圖2(a)示出原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成金屬膜9時(shí)從金屬化合物膜7到金屬膜9的膜組成狀態(tài)，圖2(b)是本發(fā)明第1實(shí)施例的狀態(tài)，具體而言是顯示以物理氣相沉積法形成金屬膜9時(shí)從金屬化合物膜7到金屬膜9的膜組成狀態(tài)。
首先，如圖2(a)所示，以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成金屬膜9時(shí)，由于原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法是通過熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成膜的方法，因此在和作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜的IrO2以及作為金屬膜9的Ru的接合面不形成融合層。因此，在膜整體承受應(yīng)力時(shí)的剪切應(yīng)力集中在IrO2與Ru的接合面(界面)，所以在這個(gè)界面容易產(chǎn)生膜剝落。
另一方面，如圖2(b)所示，以物理氣相沉積法形成金屬膜9時(shí)，將高能源的電性中性的金屬粒子或金屬粒子離子射入金屬氧化膜表面，而在作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜的IrO2和作為金屬膜9的Ru的接合面形成合金層的融合層8。這里，所謂粒子指的是包含1個(gè)原子或2個(gè)原子以上的簇(cluster)。因此，在以作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜和金屬膜10的接合面附近為中心形成的融合層8的膜組成是金屬氧化膜及金屬膜10膜組成的大體中間組成。這時(shí)，即使膜整體受到應(yīng)力，由于在金屬氧化膜的IrO2和作為金屬膜9的Ru之間不存在明確的接合面(界面)，不會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力等的應(yīng)力集中。因此，能夠形成強(qiáng)于承受應(yīng)力狀態(tài)的第2金屬阻擋膜A1。
并且，通過調(diào)整金屬膜9成膜時(shí)所使用的物理氣相沉積法的條件，也能夠使得融合層8的膜組成含有許多金屬，融合層8在以作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜與金屬膜9的接合面附近為中心被形成，另一方面，也可以使融合層是接近金屬氧化膜的膜組成。
同時(shí)，圖2(a)及圖2(b)中，雖然說明以金屬氧化膜作為金屬化合物膜7的一個(gè)例子的情況，但是，即使以金屬氮化膜、金屬碳化膜、或金屬硅化膜等取代金屬氧化膜的例子，也能夠獲得和上述金屬氧化膜相同的效果。
并且，在金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附近形成的融合層8，只要由至少多層原子層以上形成即可。換句話說，只要能填補(bǔ)基礎(chǔ)膜的原子層的凹凸程度的厚度即可。這時(shí)，由于在金屬化合物膜7與金屬膜9連接面的整體形成融合層8，因此金屬化合物膜7與金屬膜9的密接性明顯提高。
并且，如圖1(b)所示，構(gòu)成第2金屬阻擋膜A1的金屬膜9最好是和由銅或銅合金構(gòu)成的第2銅布線10連接。這時(shí)，由于金屬膜9的電阻低于金屬化合物膜7，因此金屬膜9將成為銅電鍍時(shí)的電極及電鍍的基礎(chǔ)層，和在金屬化合物膜7上直接進(jìn)行銅電鍍形成第2銅布線10的情況相比，能夠獲得均一的銅電鍍。并且，這一狀況下，由于金屬化合物膜7和第2絕緣膜6連接，因此和將金屬膜9與第2絕緣膜6連接的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6有著非常優(yōu)良的密接性。進(jìn)一步地，由于在第2絕緣膜6與金屬化合物膜7的界面、金屬化合物膜7與融合層8的界面、融合層8與金屬膜9的界面、以及金屬膜9與第2銅布線10的界面中，能夠獲得良好密接性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)整體具有優(yōu)良密接性的結(jié)構(gòu)。
其次，說明在第1實(shí)施例的金屬化合物膜7及金屬膜9中使用的金屬的電阻率一個(gè)例子。
釕的電阻率是7.5(μΩ·cm)，銥的電阻率是6.5(μΩ·cm)。同時(shí)，釕氧化膜的電阻率是35(μΩ·cm)，銥氧化膜的電阻率是30(μΩ·cm)。另一方面，現(xiàn)在一般標(biāo)準(zhǔn)使用的鉭的電阻率是13(μΩ·cm)，氮化鉭膜的電阻率是130(μΩ·cm)。
因此，即使在被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬及以這些金屬氧化膜構(gòu)成第2金屬阻擋膜A1時(shí)，即使構(gòu)成第2金屬阻擋膜A1的金屬的至少一部分受到氧化，第2金屬阻擋膜A1也能夠形成金屬阻擋膜，所述金屬阻擋膜的電阻低于現(xiàn)在經(jīng)常被用來作為金屬阻擋膜的氮化鉭膜的電阻。但是，即使是以被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬及氮化鉭膜構(gòu)成第2金屬阻擋膜A1的情況，也能夠形成電阻非常低而實(shí)用的金屬阻擋膜。
因此，在將本實(shí)施例所示第2金屬阻擋膜A1組裝到半導(dǎo)體裝置時(shí)，只要使得金屬化合物膜7的厚度是數(shù)nm～25nm左右，同時(shí)，使得金屬膜9的厚度是數(shù)nm～25nm即可。在這種情況時(shí)，第2阻擋金屬膜A1的整體厚度，如果是65nm世代的半導(dǎo)體裝置的情況，使其厚度形成為20nm～30nm即可。并且，如果是45nm世代的半導(dǎo)體裝置的情況下，能夠預(yù)測(cè)在整體的膜厚度，最厚也必須是大約15nm以下。并且，金屬化合物膜7和金屬膜9的厚度比根據(jù)成膜方法及用途加以任意最適化即可。
同時(shí)，在本實(shí)施例中，使用金屬氧化膜作為金屬化合物膜7時(shí)，特別是第2絕緣膜6的最表面是由氧化硅膜構(gòu)成時(shí)，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，在本實(shí)施例中，使用金屬氮化膜作為金屬化合物膜7時(shí)，特別是第2絕緣膜的最表面由氮化硅膜構(gòu)成時(shí)，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，在本實(shí)施例中，使用金屬碳化膜作為金屬化合物膜7時(shí)，特別是在第2絕緣膜6的最表面由碳化硅膜或有機(jī)膜構(gòu)成時(shí)，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
同時(shí)，在本實(shí)施例中，使用金屬硅化膜作為金屬化合物膜7時(shí)，特別是在第2絕緣膜6的最表面由含硅的絕緣膜所構(gòu)成時(shí)，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
這樣一來，由于在第2絕緣膜6、金屬化合物膜7、融合層8、金屬膜9、以及第2銅布線10的各界面中能夠獲得良好的密接性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)整體具有優(yōu)良密接性的半導(dǎo)體裝置。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，在本實(shí)施例中，雖然說明采用了雙金屬鑲嵌法的情況，但是即使是采用單金屬鑲嵌法，當(dāng)然也可以獲得和采用雙金屬鑲嵌法相同的效果。在采用單金屬鑲嵌法結(jié)構(gòu)時(shí)，必須以分別工序形成布線與通孔插塞，但是這時(shí)布線及通孔插塞，包含在本實(shí)施例的第2銅布線10的埋入布線中。
同時(shí)，在本實(shí)施例中，雖然說明使用銅或銅合金作為第2銅布線10的埋入布線的材料，但是，作為本實(shí)施例的更適當(dāng)?shù)男螒B(tài)，可以使用電阻率低于銅的Ag、Au、或Pt等金屬或是埋入這些金屬的合金作為布線材料。
(第2實(shí)施例)以下，參照?qǐng)D3(a)及圖3(b)以及圖4(a)及圖4(b)說明本發(fā)明第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置。
首先，圖3(a)及圖3(b)是顯示第2實(shí)施例半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。并且，有關(guān)第2實(shí)施例與第1實(shí)施例相同的部分將不重復(fù)說明，以下將以和第1實(shí)施例不同點(diǎn)為中心加以說明。
如圖3(a)所示，在凹部6c的壁面形成第2金屬阻擋膜A2。這里，第2金屬阻擋膜A2由在第2絕緣膜6上形成具導(dǎo)電性的金屬化合物膜11、在所述金屬化合物膜11上形成的融合層12、以及在所述融合層12上形成被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜13所構(gòu)成。
這里，金屬膜13由和金屬化合物膜11的金屬相同的金屬所構(gòu)成。這樣一來，在本實(shí)施例，構(gòu)成金屬化合物膜11的金屬和構(gòu)成金屬膜13的金屬是同一種類，這一點(diǎn)和第1實(shí)施例有所差異即、構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬和構(gòu)成金屬膜9的金屬是不同種類(參照?qǐng)D1(a)及圖1(b))。同時(shí)，融合層12是在以金屬化合物膜11和被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜13的接合面附近的中心形成，其具有如后述圖4(b)所示的氧濃度傾斜，是金屬化合物膜11和被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜13的混合層。
圖4(a)及圖4(b)，分別是作為金屬化合物膜11及構(gòu)成金屬膜13的金屬的一個(gè)例子，顯示使用釕(Ru)的金屬阻擋膜的膜組成狀態(tài)。
圖4(a)顯示出從金屬化合物膜11到金屬膜13的膜組成狀態(tài)，是以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法所形成，圖4(b)是本發(fā)明第2實(shí)施例的狀態(tài)，具體的顯示以物理氣相沉積法形成金屬膜13時(shí)從金屬化合物膜11至金屬膜13的膜組成狀態(tài)。
首先，如圖4(a)所示，以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成金屬膜13時(shí)，由于原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法是以熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成膜的方法，因此在作為金屬化合物膜11的金屬氧化膜RuO2和作為金屬膜13的Ru的接合面不會(huì)形成融合層(混合層)。因此，膜的整體承受應(yīng)力狀態(tài)時(shí)剪切應(yīng)力集中在RuO2和Ru的接合面(界面)上，而這個(gè)界面容易產(chǎn)生膜剝落。
另一方面，如圖4(b)所示，以物理氣相沉積法形成金屬膜13時(shí)，由于將高能源的電性中性的金屬粒子或金屬粒子離子射入金屬氧化膜表面，因此在作為金屬化合物膜11的金屬氧化膜的RuO2和作為金屬膜13的Ru的接合面形成合金層、即融合層(混合層)12。因此，以作為金屬化合物膜11的金屬氧化膜與金屬膜13的接合面附近為中心形成了融合層(混合層)12，所述融合層的膜組成為金屬氧化膜及金屬膜13兩膜的膜組成的大體中間組成。這時(shí)，即使膜整體為接受應(yīng)力的狀態(tài)，由于作為金屬氧化膜的RuO2與作為金屬膜13的Ru之間不存在明確的接合面(界面)，因此不會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力等應(yīng)力集中。因此，形成強(qiáng)于承受應(yīng)力狀態(tài)的第2金屬阻擋膜A2。
如同上述，本實(shí)施例的狀況是構(gòu)成金屬化合物膜11的金屬和構(gòu)成金屬膜13的金屬是同一種類，由于金屬化合物膜11和金屬膜13以混合層為中介而一體化，和第1實(shí)施例中構(gòu)成兩膜的金屬是不同種類的元素相比，能夠提高金屬化合物膜與金屬膜的密接性。并且，本實(shí)施例的其他點(diǎn)和上述第1實(shí)施例相同，因而能夠獲得與第1實(shí)施例相同的效果。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
(第3實(shí)施例)以下，參照?qǐng)D5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)說明本發(fā)明第3實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法。
首先，圖5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)顯示本發(fā)明第3實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的主要部分的工序剖面圖。
首先，如圖5(a)所示，在硅襯底1上形成第1絕緣膜2后，在所述第1絕緣膜2中形成具有第1金屬阻擋膜3的第1銅布線4。并且，在硅襯底1上形成晶體管等，這在附圖中受到省略。接著，在第1絕緣膜2及第1銅布線4上，依序形成防止銅擴(kuò)散的防擴(kuò)散膜5及第2絕緣膜6。接著，在防擴(kuò)散膜5及第2絕緣膜6，形成下端抵達(dá)第1銅布線4的通孔6a，同時(shí)，在第2絕緣膜6形成連通到通孔6a的布線溝6b。這樣一來，形成雙金屬鑲嵌用的通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的凹部6c。
這里，可以使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜、氧化碳化硅膜、碳化硅膜、或組合這些膜構(gòu)成的疊層膜來作為防擴(kuò)散膜5。防擴(kuò)散膜5具有防止第1銅布線4的銅擴(kuò)散到第2絕緣膜6中。
同時(shí)，可以使用氧化硅膜、摻雜氟素的氧化硅膜、碳化氧化硅膜，或由有機(jī)膜構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6。這些膜，可以是以化學(xué)氣相沉積法形成，也可以是以旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin ondielectric)膜。
并且，由通孔6a及布線溝6b構(gòu)成的凹部6c，采用周知的微影技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)和清洗技術(shù)，譬如特開2002-75994號(hào)公報(bào)等公開的雙金屬鑲嵌法加以形成即可。
其次，如圖5(b)所示，沿著凹部6c的壁面，在第2絕緣膜6上形成金屬化合物膜14。這里，可以采用原子層沉積法(ALDatomic layerdeposition)、化學(xué)氣相沉積法(CVDcemical vapor deposition)或物理氣相沉積法(PVDphysical vapor deposition)等成膜方法來形成金屬化合物膜14即可。
其次，如圖6(a)所示，在金屬化合物膜14上，以物理氣相沉積法(PVDphysical vapor deposition)，形成被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜16。這樣地，以物理氣相沉積法形成金屬膜16時(shí)，如圖6(a)所示，在金屬化合物膜14和金屬膜16之間，形成金屬化合物膜14與金屬膜16的融合層15。并且，一般以濺鍍法作為物理氣相沉積法，但是，也可以使用其他物理氣相沉積法。這樣一來，形成由金屬化合物膜14、融合層15及金屬膜16所構(gòu)成的第2金屬阻擋膜A3。
這里，以物理氣相沉積法形成金屬膜16的理由如下。如現(xiàn)有技術(shù)例子所示，以原子層沉積法或化學(xué)氣相沉積法形成金屬膜16時(shí)，雖然能夠在金屬化合物膜14上形成金屬膜16，但是在金屬化合物膜14與金屬膜16之間并無法形成融合層15。換句話說，這是由于原子層沉積法及化學(xué)氣相沉積法是在各自原子分子的水平通過熱化學(xué)反應(yīng)使膜成長(zhǎng)。相對(duì)地，采用濺鍍法等所代表的物理氣相沉積法，通過在金屬化合物膜14上形成金屬膜16，將電性中性的金屬粒子及金屬粒子離子以高速(高能源的狀態(tài))射入金屬化合物膜14的表面，因此在以金屬化合物膜14和金屬膜16的接合面附近為中心形成融合層15。通過上述，和通過熱化學(xué)反應(yīng)只疊合金屬化合物膜14與金屬膜16的情況相比，金屬化合物膜14與金屬膜16的密接性明顯提高。因此，能夠制造低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
其次，如圖6(b)所示，以銅電鍍?cè)诎疾?a內(nèi)部的金屬膜16上形成銅膜使凹部6a填埋后，以CMP法除去銅膜、金屬膜16、融合層15、及金屬化合物膜14中除了凹部6a內(nèi)部以外的、在第2絕緣膜6上所形成的部分，而形成第2銅布線10及其一部分的通孔插塞。這樣一來，能夠形成具有圖6(b)所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。并且，第2銅布線10可以是布線、通孔插塞、或兩者其中之一即可。這里，第2銅布線10也可以是純銅或含銅以外成分(如微量Si、Al、Mo或Sc等)的銅合金所構(gòu)成。通過重復(fù)形成防擴(kuò)散膜5到CMP的工序能夠形成多層布線。并且，形成第2銅布線10時(shí)，即使金屬膜16的一部分受到氧化，金屬膜16的整體也不失去導(dǎo)電性。
并且，通過調(diào)整形成金屬膜16的物理氣相沉積法的條件，能夠使得融合層15的膜組成為含有許多金屬，同時(shí)，接近金屬氧化膜的組成膜，所述融合層15在以作為金屬化合物膜14的金屬氧化膜和金屬膜16的接合面附近為中心而形成。
并且，在圖6(b)中，構(gòu)成金屬化合物膜14及金屬膜16的金屬分別是不同種類時(shí)，如第1實(shí)施例中所說明，融合層15將成為以所述2種金屬為主成分的合金層。并且，金屬化合物膜14及金屬膜16的金屬是同一種類時(shí)，則如第2實(shí)施例所說明，融合層15將是金屬化合物膜14與金屬膜16的混合層。不論所述任一情況下，與第1及第2實(shí)施例相同的，和通過熱化學(xué)反應(yīng)只疊合金屬化合物膜14與金屬膜16的情況相比，金屬化合物膜14與金屬膜16的密接性明顯提高。因此，能夠制造出具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，可以使用高熔點(diǎn)金屬作為構(gòu)成金屬化合物膜14的金屬。通過上述，雖然形成第2銅布線10后，在進(jìn)一步形成上層布線的工序中，將進(jìn)行大約400℃前后的加熱，但是，不會(huì)因?yàn)檫@個(gè)加熱處理使金屬化合物膜14產(chǎn)生變質(zhì)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，金屬化合物膜14的厚度為薄時(shí)，雖然并不一定非得具導(dǎo)電性，但是，最好是具導(dǎo)電性。以下，具體說明有關(guān)具導(dǎo)電性的金屬化合物膜14。
首先，可以使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釩(V)、或鈀(Pd)等被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬的氧化膜來作為金屬化合物膜14。并且，只要是被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然可以使用上述金屬以外的金屬氧化膜來作為金屬化合物膜14。
同時(shí)，可以使用銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、或鎢(W)等被氮化也不失去導(dǎo)電性的金屬氮化膜來作為金屬化合物膜14。并且，只要是被氮化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述金屬以外的金屬氮化膜作為金屬化合物膜14。
并且，金屬化合物膜14可以使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釩(V)、銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鎢(W)、或鈀(Pd)等的金屬碳化膜。并且，只要是被碳化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然可以使用上述金屬以外的金屬的碳化膜來作為金屬化合膜物14。
并且，可以使用高熔點(diǎn)金屬的硅化膜來作為金屬化合物膜14。
其次，可以使用釕(Ru)、銥(Ir)、鉬(Mo)、鋨(Os)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釩(V)、或鈀(Pd)等被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬作為金屬膜16。并且，只要是被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬，當(dāng)然也可以使用上述金屬以外的金屬作為氧化膜金屬膜16。
并且，雖然在附圖中加以省略，但是，在雙金屬鑲嵌布線溝(由通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的凹部6c)的第2絕緣膜6的表面和金屬化合物膜7之間，可以形成氧化硅膜(如SiO2、SiOC、SiCO、或SiON等)、氮化硅膜(如Si3N4、SiON、SiCN等)、碳化硅膜(如SiC、SiCO、SiOC、SiCN等)等絕緣膜。
其次，說明第3實(shí)施例的金屬化合物膜14及作為金屬膜16使用的金屬的電阻率的一個(gè)例子。
釕的電阻率是7.5(μΩ·cm)，銥的電阻率是6.5(μΩ·cm)。并且，釕氧化膜的電阻率是35(μΩ·cm)，銥氧化膜的電阻率是30(μΩ·cm)。另一方面，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)使用鉭的電阻率是13(μΩ·cm)，氮化鉭膜的電阻率130(μΩ·cm)。
因此，即使在被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬及由這些金屬氧化膜構(gòu)成第2金屬阻擋膜A3的情況下，即使構(gòu)成第2金屬阻擋膜A3的金屬的至少一部分被氧化，第2金屬阻擋膜A3，能夠形成電阻低于氮化鉭膜的金屬阻擋膜，目前一般使用氮化鉭膜作為金屬阻擋膜。即使是由被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬及氮化鉭膜構(gòu)成第2金屬阻擋膜A3的情況下，也能夠形成電阻極低而實(shí)用的金屬阻擋膜。
并且，將本實(shí)施例所示的第2金屬阻擋膜A3組裝到半導(dǎo)體裝置時(shí)，形成的金屬化合物膜14的厚度是數(shù)nm～25nm左右，并且，使得金屬膜16的膜厚度是數(shù)nm～25nm左右即可。在這個(gè)情況時(shí)，第2阻擋金屬膜A3的整體厚度，若是65nm世代的半導(dǎo)體裝置的情況，使厚度是20nm～30nm即可。并且，若是45nm世代的半導(dǎo)體裝置的情況下，可以預(yù)測(cè)到薄膜的整體厚度最厚也必須使其是15nm以下。并且，根據(jù)成膜方法及用途將金屬化合物膜14與金屬膜16的厚度加以任意最適化即可。為了能夠?qū)?yīng)第2金屬阻擋膜A3的薄膜化，最好是以ALD法來形成金屬化合物膜14。
并且，如圖6(b)所示，在構(gòu)成第2金屬阻擋膜A3的金屬膜16上形成第2銅布線10。這時(shí)，金屬膜16的電阻低于金屬化合物膜14，金屬膜16成為銅電鍍時(shí)的電極及電鍍的基礎(chǔ)層，和在金屬化合物膜14上直接銅電鍍形成第2銅布線10的情況相比，能夠獲得均一的銅電鍍。并且，由于金屬膜16的金屬是銅電鍍時(shí)難以被氧化的金屬同時(shí)也是即使被氧化仍具導(dǎo)電性的金屬，因此能夠?qū)崿F(xiàn)良好的電鍍性能。
并且，以這一方法形成時(shí)，由于金屬化合物膜14與第2絕緣膜6連接，因此和將金屬膜16接合到第2絕緣膜6的情況相比，金屬化合物膜14和第2絕緣膜6有著非常好的密接性。進(jìn)一步地，在第2絕緣膜6和金屬化合物膜14的界面、金屬化合物膜14和融合層15的界面、融合層15與金屬膜16的界面、以及金屬膜16和第2銅布線10的界面，能夠獲得良好的密接性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)整體優(yōu)良的密接性的結(jié)構(gòu)。
并且，這些效果能夠通過使用金屬氧化膜、金屬氮化膜、金屬碳化膜、或金屬硅化膜等作為金屬化合物膜14而加以實(shí)現(xiàn)。
換句話說，使用金屬氧化膜作為金屬化合物膜14時(shí)，特別是第2絕緣膜6的最表面由氧化硅膜構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，如果是使用金屬氮化膜作為金屬化合物膜14時(shí)，特別是第2絕緣膜6的最表面由氮化硅膜構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜14和第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，使用金屬碳化膜作為金屬化合物膜14時(shí)，特別是第2絕緣膜6的最表面由碳化硅膜或有機(jī)膜所構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜14和第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，使用金屬硅化膜作為金屬化合物膜14時(shí)，特別是第2絕緣膜6最表面由含硅的絕緣膜所構(gòu)成時(shí)，能夠進(jìn)一步提高金屬化合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
這樣地，能夠在第2絕緣膜6、金屬化合物膜14、融合層15、金屬膜16、及第2銅布線10的各界面中獲得良好的密接性，實(shí)現(xiàn)具有整體優(yōu)良密接性的半導(dǎo)體裝置。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，在本實(shí)施例中，說明了采用雙金屬鑲嵌法結(jié)構(gòu)的情況，但是，即使是采用單金屬鑲嵌構(gòu)造，當(dāng)然也能夠獲得與雙金屬鑲嵌相同的效果。采用單金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)時(shí)，必須以個(gè)別的工序形成布線與通孔插塞，但是，這時(shí)的布線及通孔插塞，包括在本實(shí)施例中第2銅布線10的埋入布線中。
并且，在本實(shí)施例中，雖然說明使用銅或銅合金作為第2銅布線10的埋入布線材料，但是，本實(shí)施例的更適當(dāng)?shù)男螒B(tài)最好是使用具有電阻率低于銅的Ag、Au、或Pt等金屬或是這些金屬的合金作為埋入布線的材料。
<變形例>
以下，除了參照?qǐng)D5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)之外，并參照?qǐng)D7說明本發(fā)明第3實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的變形例。
圖7顯示第3實(shí)施例中半導(dǎo)體裝置制造方法的變形例的主要部分的工序剖面圖。
本發(fā)明第3實(shí)施例變形例的半導(dǎo)體裝置制造方法，首先和使用所述圖5(a)及圖5(b)的說明相同的，沿著凹部6c在第2絕緣膜6上形成金屬化合物膜14。
其次，如圖7所示，和所述使用圖6(a)的說明相同，通過在金屬化合物膜14上形成金屬膜16，來形成融合層15。這樣一來，形成由金屬化合物膜14、融合層15及金屬膜16所構(gòu)成的第2金屬阻擋膜A3。進(jìn)一步的，本變形例中在金屬膜16上形成銅種子層17。這一點(diǎn)是本變形例的特征。
其次，在銅種子層17上，以銅電鍍形成銅膜使凹部6c填埋后，和所述使用圖6(b)的說明相同的進(jìn)行CMP來形成第2銅布線10。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)如圖6(b)所示的銅鑲嵌布線結(jié)構(gòu)。
這樣地，本變形例在所述圖5(a)～圖6(b)所示的一連串制造方法中形成金屬膜16的工序和形成第2銅布線10的工序之間，進(jìn)一步包括形成銅種子層17的工序，這一點(diǎn)和所述圖5(a)～圖6(b)所示一連串的制造方法有所差異，除此以外和上述相同。
如以上說明，根據(jù)本變形例，通過具備形成銅種子層17的工序，能夠進(jìn)行更穩(wěn)定性的銅電鍍。換句話說，例如即使在金屬膜16的表面部分或整體被氧化，根據(jù)本變形例，能夠進(jìn)行更穩(wěn)定的銅電鍍。
因此，根據(jù)本變形例，能更穩(wěn)定的制造低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
并且，采用銅以外的材料作為埋入布線的材料時(shí)，只要適當(dāng)選擇對(duì)應(yīng)所述材料的種子層材料即可。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上述說明，本發(fā)明對(duì)于具有低電阻且高密接性的金屬阻擋膜的半導(dǎo)體裝置及其制造方法非常有用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其包括在襯底上形成的絕緣膜、在所述絕緣膜中形成的埋入布線、以及在所述絕緣膜與所述埋入布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于所述金屬阻擋膜由金屬化合物膜和即使被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜的疊層膜所構(gòu)成；在所述金屬化合物膜和所述金屬膜的接合面附近，存在由所述金屬化合物膜和所述金屬膜融合而形成的融合層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成所述金屬膜的金屬是不同種類的元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成所述金屬膜的金屬是同一種類的元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述融合層至少由多層原子層所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜和所述絕緣膜連接形成；所述金屬膜是形成于所述金屬化合物膜的上面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點(diǎn)金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜具導(dǎo)電性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬氧化膜所構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬氮化膜所構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬碳化膜所構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬硅化膜所構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述埋入布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
13.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在襯底上的絕緣膜中形成凹部的工序，沿著所述凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，以及在所述金屬阻擋膜上形成埋入布線以填埋所述凹部的工序；形成所述金屬阻擋膜的工序，是沿著所述凹部壁面形成金屬化合物膜后以物理氣相沉積法在所述金屬化合物膜上形成即使被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在形成所述金屬阻擋膜的工序和形成所述埋入布線的工序之間，進(jìn)一步包括在所述金屬阻擋膜上形成種子層的工序；所述形成埋入布線的工序是在所述種子層上形成所述埋入布線以填埋所述凹部的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成所述金屬膜的金屬是不同種類的元素。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬和構(gòu)成所述金屬膜的金屬是相同種類的元素。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述金屬化合物膜和所述金屬膜的接合面附近，形成有由所述金屬化合物膜和所述金屬膜融合所形成的融合層；所述融合層，至少由多層原子層所構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點(diǎn)金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜具導(dǎo)電性。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬氧化膜所構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬氮化膜所構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬碳化膜所構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是由金屬硅化膜所構(gòu)成。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述埋入布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
全文摘要
半導(dǎo)體裝置包括在硅襯底1上形成的絕緣膜6、在絕緣膜6中形成的埋入布線10、以及在絕緣膜6和埋入布線10之間形成的金屬阻擋膜Al。金屬阻擋膜Al由金屬化合物膜7和即使被氧化也不失去導(dǎo)電性的金屬膜9的疊層膜所構(gòu)成，在金屬化合物膜7和金屬膜9的接合面附近，存在有金屬化合物膜7和金屬膜9融合而形成的融合層8。
文檔編號(hào)C23C14/02GK1842903SQ200580000989
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者池田敦, 中川秀夫, 青井信雄 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社